【文章內(nèi)容簡介】 別計費。 （ 1）從設(shè)計目的來看，經(jīng)過研究和實際情況考慮，覺得還是第一種方案的 設(shè)計目的比較符合實際情況，且對乘客和司機都相對公平。因此決定采用方案一的設(shè)計目的，時鐘脈沖 分頻器 控制器 等待脈沖 公里脈沖 計費 /復(fù)位 顯 示 計 費 計 時 8 來作為設(shè)計目標(biāo)。 （ 2）從設(shè)計正確性和實現(xiàn)可能性出發(fā)，我發(fā)現(xiàn)要想用 VHDL 語言來設(shè)計一定的函數(shù)關(guān)系，來達到目的，比較困難，并且在編程時我也陷入了困難之中。此外，在以前實驗課的基礎(chǔ)上，我對分頻器的設(shè)計和應(yīng)用已經(jīng)比較熟悉，所以決定利用自己所學(xué)來解決問題，故決定放棄方案二，選擇方案一的設(shè)計思路。 9 4 相關(guān)原理圖及設(shè)計文件 分頻模塊 分頻 模塊是對系統(tǒng)時鐘頻率進行分頻，如圖 41，得到 co 端輸出 420HZ 頻率的脈沖 ；然后再通過圖 42 的模塊對 420HZ 頻率的脈沖進行分頻，分別得到 15HZ、 28HZ、1HZ 三種頻率，本設(shè)計中通過 15HZ、 28HZ、 1HZ 三種不同頻率的脈沖信號實現(xiàn)在計程車在行駛、等待兩種情況下的不同計費；具體原理圖如圖 43。 clk 為輸入信號，分頻后得到輸出信號 clk28， clk15， clk1。 圖 41 420HZ的分頻模塊 圖 42 15HZ、 28HZ、 1HZ三種不同頻率的分頻模塊 圖 43 分頻模塊總電路 圖 圖 44 功能級仿真結(jié)果 由 圖 44 可見，分頻出的 2 1 1HZ 的時鐘脈沖是正確的。 clk_28 表示實現(xiàn) 28 次計數(shù)，系統(tǒng)時鐘周期為 1/420s 及 28 次計數(shù)所需要的時間為28*（ 1/420） s 則對應(yīng)頻率為 420/28=15HZ。 10 clk_15 表示實現(xiàn) 15 次計數(shù)，系統(tǒng)時鐘周期為 1/420s 及 15 次計數(shù)所需要的時間為15*（ 1/420） s 則對應(yīng)頻率為 420/15=28HZ。 計量模塊 本模塊實現(xiàn)對于出租車在行駛和等待過程中的計時和計程功能。如圖 45。 計時部分：計算乘客 的等待累積時間，當(dāng)?shù)却龝r間大于 2min 時，本模塊中 en1 使能信號變?yōu)?1；當(dāng) clk1 每來一個上升沿，計時器就自增 1,計時器的量程為 59min，滿量程后自動歸零。 計程部分：計算乘客所行駛的公里數(shù)，當(dāng)行駛里程大于 3km 時，本模塊中 en0 使能信號變?yōu)?1；當(dāng) clk1 每來一個上升沿，計程器就自增 1,計程器的量程為 99km，滿量程后自動歸零。 如圖 46。 圖 45 計量模塊電路圖 圖 46 計量模塊的仿真電路圖 圖 47 功能級仿真結(jié)果 由圖 47 可見，等待時間小于 2min 時，本模塊中輸出信 號 en1 保持為 0； clk50M和 start 都是輸入，取 start 為 1，表示中間沒有停，一直在走，所以輸出信號 en0 為 1，即表示計路程，這里取的是一種極端做法，不考慮等待時間。 11 控制模塊 本模塊主要是通過兩個不同的輸入使能信號 ent0， ent1，對兩個輸入脈沖 clk_in1，clk_in2 進行選擇輸出， 即實現(xiàn)選擇器功能 ；使能信號是計量模塊中的輸出，兩個輸入脈沖是分頻模塊輸出的 28HZ、 15HZ 的脈沖；本模塊實現(xiàn)了雙脈沖的二選一。如圖 48及圖 49。 圖 48控制模塊的原理電路圖 圖 49 控制模塊仿真原理圖 圖 410 功能級仿真結(jié)果 結(jié)合圖 49 和圖 410 可以看出，當(dāng) ent0 為高電平時，輸出為 out 即這一時段的 clk_in1（ clk_28）；當(dāng) ent1 為高電平時，輸出為 out 即這一時段的 clk_in2（ clk_15）。 【時間超過輸出 out（ clk_in1），由 clk_28 控制， 420/28=15 相當(dāng)于計費模塊加了 15 個一角；路程超過輸出 out（ clk_in2），由 clk_15 控制， 420/15=28 相當(dāng)于計費模塊加了 28 個一角，計 元。】 計費模塊 本模塊根 據(jù)輸入的 clk2 信號變化，調(diào)節(jié)費用的計數(shù)， c0、 c c c3 表示費用輸出部分的角、元、十元、百元的輸出。如圖 411 及圖 412。 12 圖 411 計費模塊的元件原理圖 圖 412 計費模塊的仿真電路圖 圖 413 功能級仿真結(jié)果 由圖 413 中可以看出， c3c2c1c0 的初始值為 0080，即 起步價為 8 元。 隨著 clk 的高電平的到來， c c c c0 逐級進行加法計數(shù)，當(dāng) c0 計數(shù)到九時，產(chǎn)生進位， c1加一；當(dāng) c1 計數(shù)到九時，產(chǎn)生進位， c2 加一；當(dāng) c2 計數(shù)到九時，產(chǎn)生進位， c3 加一 。 數(shù)碼模塊 數(shù)碼模塊由模八計數(shù)器模塊如圖 41片選模塊如圖 415 和數(shù)碼顯示模塊如圖 416組成。 本次設(shè)計采用的是共陰數(shù)碼管來作為實驗的顯示模塊，低電平有效，而且是利用動態(tài)顯示的過程。數(shù)碼管顯示模塊的功能是用來顯示輸入的行駛里程和總計費用。為了使七段數(shù)碼管能夠顯示出所要表示的數(shù)值，需要采用譯碼器將所要表示的數(shù)值譯碼成數(shù)碼管所需要的驅(qū)動信號。原理圖如圖 418所示。 圖 414 模八計數(shù)器模塊元件原理圖 13 圖 415 片選模塊理圖 圖 416數(shù)碼顯示模塊元件原理圖 圖 417 測試 寫入固定值模塊 圖 418 數(shù)碼模塊測試仿真電路圖 14 圖 419 功能級仿真結(jié)果 由圖 419 可見，隨著 clk 上升沿的到來， qt 就會 加 1， scan， seg 也會隨著 qt輸入的值相應(yīng)變化，即在車行駛過程中，根據(jù)所行駛的路程 ，所得的費用，經(jīng)過譯碼分別在相應(yīng)的數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的數(shù)值。以第一個周期為例： 當(dāng) qt 為 0 時， scan 輸出為 7F， 即點亮左起第一個數(shù)碼管， seg 輸出為 70， 即該數(shù)碼管 上顯示 7；隨著 clk 第一個上升沿的到來， qt 變?yōu)?1， scan 輸出為 BF， 即點亮左起第二個數(shù)碼管， seg 輸 出為5F， 即該數(shù)碼管 上顯示 6；隨著 clk 第二個上升沿的到來， qt 變?yōu)?2， scan 輸出為 DF，即點亮左起第三個數(shù)碼管， seg 輸出為 5B，即該數(shù)碼管上顯示 5；隨著 clk 第四個上升沿的到來， qt 變?yōu)?3， scan 輸出為 EF，即點亮左起第三個數(shù)碼管， seg 輸出為 33，即該數(shù)碼管上顯示 4；隨著 clk 第五個上升沿的到來， qt 變?yōu)?4， scan 輸出為 F7，即點亮左起第二個數(shù)碼管， seg 輸出為 30，即該數(shù)碼管上顯示 1；隨著 clk 第六個上升沿的到來， qt 變?yōu)?5， scan 輸出為 FB，即點亮左起第六個數(shù)碼管， seg 輸 出為 7E，即該數(shù)碼管上顯示 0；隨著 clk 第七個上升沿的到來， qt 變?yōu)?6， scan 輸出為 FD，即點亮左起第七個數(shù)碼管， seg 輸出為 79，即該數(shù)碼管上顯示 3；隨著 clk 第八個上升沿的到來， qt 變?yōu)?7， scan 輸出為 FE，即點亮左起第八個數(shù)碼管， seg 輸出為 6D，即該數(shù)碼管上顯示 2。 15 5 總體仿真 在 QuartusII 中基本完成所有底層設(shè)計文件的編輯后，就開始編輯設(shè)計頂層設(shè)計文件。上面的源程序產(chǎn)生了對應(yīng)的模塊框圖，將上述各個模塊框圖組合成頂層原理圖 51： 圖 51 頂層原理圖 圖 52 3KM以內(nèi)的仿真結(jié)果 圖 53 3KM以外的仿真結(jié)果 對頂層原理圖仿真得到圖 52，圖 53， 分析圖 52 可知 ： 位選 scan： 7F——對應(yīng)數(shù)碼管段碼 seg： 7E，說明數(shù)碼管上顯示 0；即 fei0 是 0； 位選 scan： BF——對應(yīng)數(shù)碼管段碼 seg： 7F，說明數(shù)碼管上顯示 8；即 fei1 是 8； 位選 scan： DF、 EF、 F FB、 FD、 FE——對應(yīng)數(shù)碼管段碼 seg： 7E，說明數(shù)碼管上顯示 0；即 fei2 是 0； fei3 是 0； t0、 t mile0、 mile1 都是 0，這 便可得到起步價 8元。 圖中 scan 從 7F 到下一個 7F 之間是一段， 7F、 BF、 DF、 EF、 F FB、 FD、 FE分別是選中從左到右依次 8 片數(shù)碼管來分別顯示 fei0， fei1， fei2， fei3， t0， t1， mile0，mile1， scan 垂直對應(yīng)下面一行 seg，再根據(jù) seg 段碼來判斷顯示的是 0—9 里的哪個數(shù)。（具體對照表見附錄一） 由此可見，出租車計費器可以實現(xiàn)預(yù)計目標(biāo)： （ 1）起價為 元，當(dāng)里程小于 3km 時，按起步價費用 8 元計算；（如圖 52） （ 2）當(dāng)里程大于 3km 時每公里按 元計算；等待累計時間超過 2 分鐘，按每分鐘 元計費。只是上面仿真等待（ stop）時間設(shè)置較短，所以計費中沒有對等待時間 16 的計費。圖 53 所示，當(dāng)行駛了 11 公里時，費用 =8+（ 113） *=，與圖示的 元基本一致（存在一定的誤差）。 17 6 設(shè)計總結(jié) 設(shè)計結(jié)果 本設(shè)計采用硬件描述語言按自頂向下的方法，將一個大的系統(tǒng)分成幾個相對獨立的模塊分別設(shè)計，仿真，最后再整體仿真。實現(xiàn)了出租車計費器的一般功能，如計里程，計費，以及費用，時間和里程的顯示功能 ，基本上達到了這次畢業(yè)設(shè)計的基本要求。根據(jù)論文的要求進行設(shè)計工作，具體實現(xiàn)了如下功能： （ 1）里程的計算，通過傳感器測出輪子是否有運動，如果在一定的時間內(nèi)運動了，則記錄輪子的轉(zhuǎn)圈數(shù)，從而自動計算出輪子轉(zhuǎn)動的圈數(shù)的長度，由此計算出出租車行駛的距離。 （ 2）費用的計算，出租車起價為 元，當(dāng)里程小于 3km 時，按起價費用計算；當(dāng)里程大于 3km 時每公里按 元計算；等待累計時間超過 2 分鐘，按每分鐘 元計費； （ 3）里程，即汽車行駛里程，用兩位數(shù)字顯示，顯示方式為 “XX”,單位為 km。等候時間，用兩位數(shù)字顯 示，顯示方式為 “XX”。 費用 =8+（里程 3） *+（等候時間 2）*，單位：元；費用顯示用四位數(shù)字顯示，顯示方式為 “”，單價為元。 不足之處 沒有實現(xiàn)對等候時間（定義是當(dāng)汽車行駛速度小于或等于 12km/h 時為 “等候 ”）控制。 18 致謝 時光轉(zhuǎn)眼即逝，為期一個學(xué)期的畢業(yè)論文也已接近尾聲，我四年的大學(xué)生活也即將畫上一個句號?；叵脒@段求學(xué)路，時而喜悅，時而惆悵。在美麗的校園里，原本天真幼稚的我如今已蛻變成一個睿智、沉穩(wěn)的青年，感謝命運的安排，讓我 有幸結(jié)識了許多良師益友。 “飲其流時思其源，成吾學(xué)時念吾師 ”。至此論文完成之際，謹向我尊敬的指導(dǎo)老師倪小琦致以誠摯的謝意和崇高的敬意。從選題、定題、撰寫開題報告，到論文至今的初步定稿，倪老師始終認真負責(zé)，督促指導(dǎo)，使我能夠按時完成任務(wù)。倪老師給予我充分的時間支配權(quán)利，讓我有充足的時間處理好工作和畢業(yè)設(shè)計的雙重任務(wù)。再加上通過網(wǎng)絡(luò)查詢資料，我對出租車計費系統(tǒng)的研究有了深入的了解，不僅豐富了自己的專業(yè)知識，更重要的是大大提高了利用已有的知識分析、解決問題的能力，培養(yǎng)了對待科學(xué)研究的正確態(tài)度，這些都是走向社會的寶 貴財富。 其次要感謝我的班主任韓婷婷老師和大學(xué)四年給我們授課的所有老師，是他們的悉心教導(dǎo)和精心栽培，讓我掌握了